JPH0526756B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は横型ボート法における−族化合物
半導体単結晶製造方法及びこれに使用する石英ガ
ラス管装置に係り、特に石英ガラス管内における
過剰族元素の蒸気圧変動を抑制したものに関す
る。

［従来の技術］ 一般に、−族化合物半導体単結晶、例えば
GaAsを横型ボート法によつて融液成長させる場
合、族のAsの平衡解離圧（約1atm）を石英ガ
ラス管内の雰囲気圧力として保持しながら成長さ
せる必要がある。このため、結晶成長を行なわせ
るための高温炉と、石英ガラス管内のAs蒸気圧
を1atmに保つための低温炉（約610℃）とから成
る二連式電気炉が使用される。

ところで、石英ガラス管内のAs蒸気圧を1atm
に保つためには管内圧力を検出する必要がある
が、次の理由から通常考え得る圧力検出器を石英
ガラス管に取り付けることは困難であつた。即
ち、石英ガラス管内で610℃より低い部分をつく
るとその部分にAsが凝縮してしまうため、石英
ガラス管の温度は全ての部分で、610℃以上の高
温にしておかなければならず、耐熱性が要求され
ること、石英ガラス管は真空封じしなければなら
ないので外付が困難であること等の理由からであ
る。

そこで従来は石英ガラス管の外壁に熱電対を設
け、石英ガラス管温度を一定にするよう温度制御
して間接的に石英ガラス管内圧を一定に保つよう
にしていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上述した従来の方法は、飽くまでも温
度制御であつて、Asの蒸気圧力制御ではないた
め、高温炉側からの輻射熱の変化や炉廻りの対流
による温度変動等の影響を受け易く、温度を一定
に保つているからといつて必ずしも石英ガラス管
内を一定に保つているとはいい難かつた。

事実、全く同一の温度設定下で結晶成長を行な
つても高温炉側のAs圧変動による石英ガラス管
の変形は、１回毎に微妙に異なつて来ることが多
かつた。

このように、圧力制御を直接行なつていないこ
とがボート法によるGaAs単結晶歩留の不安定性
の一因となつており、また結晶の化学量論的制御
を不可能としていた。特に、これらのことは結晶
成長装置の大型化に伴なつて大きな問題となつて
いた。

第１の発明の目的は、結晶の化学量論的制御を
可能とし、単結晶歩留りを安定して向上させ、し
かも石英ガラス管の寿命を向上することができる
横型ボート法の−族化合物半導体単結晶製造
方法を提供することである。

また、第２の発明の目的は、石英ガラス管内圧
力を直接且つ正確に検出することができる横型ボ
ート法の−族化合物半導体単結晶製造方法に
使用する石英ガラス管装置を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、密封した石英ガラス管の低温側に
族元素を置いて結晶成長の行われる高温側の蒸気
圧制御をするに際して、石英ガラス管の低温側の
端部に一体的にブルドン管を接続すると共にその
自由端に検出指針を設けて石英ガラス製圧力検出
器を形成し、ブルドン管を族元素の凝縮を防ぐ
ことのできる温度以上に保持して族元素の蒸気
をブルドン管内に導き、そのブルドン管の自由端
の検出指針の回転角から蒸気圧を検出するととも
に、この蒸気圧が結晶成長中一定となるように低
温側の石英ガラス管温度を制御するようにしたも
のである。

また、本発明は、低温炉と高温炉とを有する二
連式炉内に配置され、かつ、密封された石英ガラ
ス管の低温炉側にAsを置き、石英ガラス管の高
温炉側にGa又はGaAsを置いて高温側で結晶成長
を行う−族化合物半導体結晶製造方法に使用
する石英ガラス管装置において、石英ガラス管内
と連通され、かつ、石英ガラス管の低温側の端部
に一体的に形成されたブルドン管と、ブルドン管
の自由端に設けられ石英ガラス管内の圧力を回転
角度で表示する検出指針とを備え、低温炉でブル
ドン管の温度を610℃以上に保持するようにした
ものである。

［作用］ 上記構成により、石英ガラス管内と連通され、
かつ、石英ガラス管の低温側の端部に一体的に形
成されたブルドン管と、ブルドン管の自由端に設
けられ石英ガラス管内の圧力を回転角度で表示す
る検出指針とを備えたので、石英ガラス管内の微
小な圧力変化を検出することができ、このブルド
ン管の温度を低温炉で610℃以上に保持するので、
ブルドン管内のAs蒸気が凝縮してブルドン管の
内壁に付着し検出指針の回動を妨げることがな
く、石英ガラス管内の圧力を正確に検出すること
ができる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図〜第２図に基づいて説
明すれば以下の通りである。

第１図は本発明に係る横型ボート法として温度
傾斜法（GF法）を例にとつた場合のGaAs単結
晶製造装置を示す。本発明は水平ブリツジマン法
（HB法）にも、またGaAs以外の−族化合物
半導体にも共通する。

図中、１は高温炉２と低温炉３とから成る二連
式電気炉であり、この二連式電気炉１内に密封し
た石英ガラス管４が設置されている。石英ガラス
管４の中央には蒸気の流通を許す仕切壁があり、
これにより石英ガラス管４は二分される。石英ガ
ラス管４の高温側には成長用原料であるGa又は
GaAs５と種結晶６とを入れたボート７を置き、
低温側には過剰As８を置いてある。

この過剰As８を置いた低温側石英ガラス管４
の端部には、管内のAs元素の蒸気圧を検出する
ための石英ガラス製圧力検出器９が設けられてい
る。この石英ガラス製圧力検出器９は、図示例で
は、石英ガラス管内と連通され、且つ石英ガラス
管に一体的に設けられた石英ガラス製ブルドン管
１０と、このブルドン管１０の自由端に取り付け
られた圧力変動の検出指針１１とから成り、この
検出指針１１によつて炉外から石英ガラス管内圧
の変動が検出できるようになつている。

また、この圧力変動を公知の手段によつて電気
信号に変換し、低温炉３の温度調節器（図示せ
ず）にフイードバツクさせ、結晶成長中常に石英
ガラス管４内のAs蒸気圧を一定にするよう制御
している。

ここで炉の温度分布は第２図に示すように、低
温側石英ガラス管４のAs８を置いた部分を610℃
に保ち、この部分のみ過剰As８を凝縮させると
共に、ブルドン管部分は、610℃よりも高くして
ここにAsが凝縮しないようにした。ブルドン管
１０にAsを凝縮させないようにして正確な圧力
検出を確保する。

なお、第１図中、１２はAs８を置いた部分の
管外壁に取り付けた熱電対であり、監視用に設け
たものである。

さて、上記構成における具体的作用について述
べる。

Ga2000ｇ、As2190ｇを充填した石英ガラス管
４を真空封じし、これを第１図に示すように炉内
に設置した。高温炉２を1200℃以上に、低温炉３
を約610℃に昇温させ、GaAs共融反応を行なわ
せた後、高温炉２を更に昇温させた。

そして、高温炉２の結晶成長部に1.0℃／cmの
温度傾斜を設けて、種結晶６部と反対側の部分か
らGaAs融液を徐々に生成させ、種付部分まで溶
かし込みを行なつた。このときの低温炉３の温度
はブルドン管圧力計の指針が1atmを示す位置に
なるよう制御した。種付終了後１℃／Hrの速度
で降温しながら結晶成長を行ない、その後100
℃／Hrで室温まで冷却し、石英ガラス管４を取
りだした。

このようにして石英ガラス管４内に得られた結
晶約4150ｇは、これを溶融KOHでエツチングし
て転位密度を測定した結果、EPD（エツチピツト
密度）≦500個／cm²という低転位結晶であつた。

また、繰り返し10回成長を行なつたところ、全
数とも単結晶であり、しかも全体の約70％が
EPD≦500個／cm²という好成績を得た。

このような好成績は、石英ガラス管内圧を直接
検出して、その検出圧が一定になるように制御す
ることによつて、間接制御による不安定要因を排
除し、始めて可能になるのである。したがつて、
特に圧力制御が重要となる大型成長装置にとつて
本発明の意義は大きい。

なお、上記実施例においては石英ガラス製圧力
検出器としてブルドン管を利用した例を示した
が、石英ガラス管端部に石英ガラス製のすり合せ
ピストンを摺動自在に嵌装し、そのピストンロツ
ドに指針を取り付けるようにしたものでもよく、
要するに高熱に耐え、真空封じを損なわない石英
ガラス製の検出器であればよい。

また、石英ガラス製ブルドン管１０の取付箇所
を上記実施例では最も簡単な低温側石英ガラス管
端部としたが、石英ガラス製ブルドン管は1000℃
以上に加熱しなければ繰返し使用が可能であるた
め、610℃以上で1000℃以下の部分であればいず
れの箇所に取り付けてもよい。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた
効果を発揮する。

(1) 族元素の蒸気圧を直接検出し、この検出圧
が一定となるように石英ガラス管温度を制御す
るようにしたことにより、間接的に蒸気圧を検
出する従来のものと異なり、蒸気圧を厳密に制
御できるので、圧力変動が起因して正確さを欠
いていた結晶の化学量論的制御が可能となり、
成長条件が安定して単結晶歩留りが格段に向上
する。また、蒸気圧が一定となるので、石英ガ
ラス管の変形が少なくなり長寿命化が図れる。

(2) 石英ガラス製の圧力検出器を石英ガラス管に
一体的に設けたことにより、高温に晒されて損
壊したり或いは石英ガラス管の真空封じを損な
つたりすることもなく、石英ガラス管内圧力を
直接且つ正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る横型ボート法の−族
化合物半導体単結晶製造方法を実施するための製
造装置の一実施例を示す概略断面図、第２図は第
１図の装置の温度分布図である。 図中、４は石英ガスラ管、８は族元素として
のAs、９は石英ガラス製圧力検出器、１０は石
英ガラス製ブルドン管、１１は指針である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密封した石英ガラス管の低温側に族元素を
   置いて結晶成長の行われる高温側の蒸気圧制御を
   するに際して、石英ガラス管の低温側の端部に一
   体的にブルドン管を接続すると共にその自由端に
   検出指針を設けて石英ガラス製圧力検出器を形成
   し、該ブルドン管を族元素の凝縮を防ぐことの
   できる温度以上に保持して族元素の蒸気をブル
   ドン管内に導き、そのブルドン管の自由端の検出
   指針の回転角から蒸気圧を検出するとともに、こ
   の蒸気圧が結晶成長中一定となるように低温側の
   石英ガラス管温度を制御するようにしたことを特
   徴とする横型ボート法の−族化合物半導体結
   晶製造方法。 ２ 上記族元素がAsであつて、石英ガラス管
   内のAsの蒸気圧を検出するブルドン管の温度を
   610℃以上に保持したことを特徴とする請求項１
   に記載の横型ボート法の−族化合物半導体結
   晶製造方法。 ３ 低温炉と高温炉とを有する二連式炉内に配置
   され、かつ、密封された石英ガラス管の低温炉側
   にAsを置き、該石英ガラス管の高温炉側にGa又
   はGaAsを置いて高温側で結晶成長を行う−
   族化合物半導体結晶製造方法に使用する石英ガラ
   ス管装置において、前記石英ガラス管内と連通さ
   れ、かつ、石英ガラス管の低温側の端部に一体的
   に形成されたブルドン管と、該ブルドン管の自由
   端に設けられ前記石英ガラス管内の圧力を回転角
   度で表示する検出指針とを備え、前記低温炉で前
   記ブルドン管の温度を610℃以上に保持するよう
   にしたことを特徴とする横型ボート法の−族
   化合物半導体結晶製造に使用する石英ガラス管装
   置。